( 주 )OO 실업기술지원결과보고서 1. 현장기술지원개요 본보고서는 2003 년 10 월부터 12 월까지약 3 개월간 Y 시에위치한 00 실업에서운전하는폐수처리장에대한슬러지감량을위한기술지원내용이다. 기술지원의주요내용은상기업체에서관리하는폐수처리장에서발생하는슬러지량이증가하고있어이의연속적인처리에많은애로사항이발생하여, 슬러지의발생량을감소시킬수있는기술적인방안을제시하는데있다. 상기업체는음식점에서사용후수거한물수건을세탁하여포장하는업체로서, 오염된물수건을세탁하는과정에서발생하는오염수를처리하는시설을운영하고있다. 세탁효율을높이기위해알칼리성세제를사용하기때문에오염수는 ph 가높은알칼리성폐수의특성을가지고있다. 또한유기물을함유하고있는음식물을흡수한물수건으로부터세탁과정에서높은농도의유기물을발생시키고있어미생물의생장에의한활성슬러지주공정에높은유기물부하를야기시키고있다. 본업체는 30 톤 / 일의오염수를처리하기위한폐수처리시설을갖추고있으며, 주 6 일작업에서발생하는오염물질을처리하고있다. 처리방식은화학약품을사용하는화학적응집과정과유기물의제거를위한활성슬러지공정그리고슬러지를탈수시키는탈수장치로구성되어있다. 본공정에서발생하는슬러지는탈수되어케이크상태로수집되어별도로폐기물처리업체에위탁처리되고있다. 위탁처리되는슬러지케이크의발생량은화학적슬러지와생물학적슬러지를합하여월 13 톤에이른다. 이의처리비로월 100 만원을지출하고있는상황이다. 따라서활성슬러지공정의부하를조절하기위한화학약품투입으로인한화학적슬러지의감량은화학약품구입비의절감과동시에슬러지위탁처리비의절감을가져오는효과를볼수있다. 이에슬러지의발생량을감소시킬수있는방안제시는업체의유지비절감에크게기여할수있겠다.
2. 기술지원방향 상기업체에서발생하는슬러지는응집제사용으로인한화학적슬러지와미생물의활성화로인한생물학적슬러지로구성되어있다. 미생물의생장과유기오염물의제거를위한역할의포기조에서발생하는생물학적슬러지는침전지에서침전되어처리수와분리되어다시포기조로반송되는공정의주요과정으로생물학적처리의제거율에영향을미치는주요공정이다. 현장기술지원기간동안 3 차례에걸쳐유입수와처리수의수질을분석한바매우양호하게운전되고있어생물학적슬러지의감량을위한방법은본연구에서배제하였다. 다만응집과 ph 조정을위해사용되는응집제에의한화학적슬러지의발생량을감소시키는기술지원방법을검토하기로하였다. 따라서단기간에효과적인기술진단과기술지원을위하여다음의단계로나누어진행하였다. 1 단계에서는화학적처리공정에서의처리효율과처리수질의목표를설정하기위하여현재운전되는시설에서의공정별처리수질의변화를조사검토한다. 이는기존의생물학적처리공정에유입되는부하율을유지하기위함이다. 2 단계에서는현재설치되어운전중인화학적처리공정의응집순서를점검하고, 최적의응집량을결정함으로슬러지를감량할수있는방안을제시하는실험을한다. 3. 기술지원방법 기술지원기간중 5 차례현장을방문하여처리상태를검토하였다. 이를위하여처리장으로의유입수, 유출수그리고필요한공정에서의수질을검토하였다. 시료분석항목은 ph, BOD, COD Cr, COD Mn, T-N, T-P, SS, MLSS, TKN 이며, 이들분석을위하여수질분야환경오염공정시험법과 Standard Methods 를적용하였다. 본기술지원을위하여적용한분석항목별측정방법을 < 표 1> 에나타내었다. 화학적슬러지의감량을위한방법을제시하기위하여응집제의최적량결정과기존의응집순서에대한효율검증을위하여 Jar Test 를실시하였다. Jar Test 에서는 2 가지응집제에대한각각의반응을살펴보기위하여우선응집제를투입후슬러지의발생량과상등액의수질상태를분석하였고, 이후상등액에대한 PAC 투입후슬러지생성량과상등액의수질상태를분석하여각각의응집반응후상태를비교하였다.
표 1. 실험분석방법 분석항목 분석방법 BOD 5 환경오염공정시험법 ( 윙클러아지드화변법 ) COD Cr Closed Reflux Method(Hot Block) COD Mn 환경오염공정시험법 ( 산성법 ) SS 환경오염공정시험법 (GF/C 를사용한중량법 ) T-N, NO 3 환경오염공정시험법 ( 자외선흡광도법 ) TKN TKN Distillation & Titration(by FOSS) T-P 환경오염공정시험법 ( 아스코르빈산법 ) ph ph Meter(Orion 720A) 4. 기술지원내용 4.1 각공정별처리상태분석 폐수처리장의오염물처리상태를검토하기위하여 1 차 (2003 년 10 월 31 일 ) 로 4 곳의유입수를채수하여분석하였다. 4 곳의유입수는처리장으로유입되는유입원수, 화학적응집을거친후의혼합수 ( 상등액 ), 활성슬러지공정의포기조혼합액그리고활성슬러지공정을거친처리방류수이다. < 표 2> 에 4곳에서의각각의수질분석결과값을나타내었다. < 표 2> 에서보듯이알칼리성세제를사용한때문에처리장으로유입되는원수는 ph 가 9.7 로알칼리상태를보였고, 2 종류의응집제를투입한이후에는 ph 가 5.6 으로조정되었다. 이는후속공정인활성슬러지공정의포기조에유입되어미생물의생장에영향을저감시키고있었다. 유입원수의유기물의특성을보이는 BOD 가약 200 mg/l 그리고 COD Cr 은 3,800 mg/l 의범위를보였다. 반면 TKN 은 8.4 mg/l, T-P 는 13.3 mg/l 를보여상대적으로유기물에비해질소의비율이매우낮은유입수질의특성을보였다.
표 2. 처리장의공정별처리상태 (1 차 ) 단위 : mg/l (ph 제외 ) 항목 1-유입수 2-응집처리후 3-포기조 4-처리수유입수혼합액상등액혼합액방류수 ph 9.7 6.1 5.6 6.1 6.2 BOD 5 201.4 135.9 129.4 151.0 49.3 COD Cr 3888.0 993.6 950.4 5529.6 172.8 COD Mn 570 168 170 524 38 SS 335.0 33.5 46.5 3596.7 13.3 TKN 8.4 11.2 14.0 299.7 12.6 NO 3 - - - - 0.05 T-P 13.3 0.1 0.1 20.8 0.2 주 ) 1 차채수 2003 년 10 월 31 일 응집제투입후의수질상태는 BOD 가 129 mg/l 로약 30% 제거되었으며, COD Cr 은 950 mg/l 로 70% 가제거되었다. 그리고 T-P 는 0.1 mg/l 로 응집제에의해대부분이제거되었다. 반면 TKN 은 14 mg/l 로오히려 상승하였다. 활성슬러지공정을거쳐유기물이제거된후방류되는처리수 수질은 BOD 가 49 mg/l, COD Cr 이 172 mg/l, SS 가 13 mg/l 그리고 TKN 이 12 mg/l 를보여모두기준치이하의수질로처리되고있었다. 또한활성슬러지의슬러지용적지수 (SVI) 가 120 을보였고, MLSS 도 3600 mg/l 를보여서폭기조내의미생물이정상적으로생장함과동시에침전성도매우양호한것으로보여서처리수의수질이안정된것으로보였다. 폐수처리장의월별변화를확인하기위하여실시한 1 개월이지난 11 월 21 일 (2 차 ) 조사와약 2 개월이지난 12 월 12 일 (3 차 ) 조사에서도처리수의수질은매우안정된상태를보이고있었다. 2 차와 3 차수질분석결과를 < 표 3> 에나타내었다. 표 3. 처리장의유입수와방류수의수질상태 (2 차, 3 차 ) 2 차 (2003 년 11 월 21 일 ) 3 차 (2003 년 12 월 12 일 ) 항목 유입수 (mg/l) 처리수 (mg/l) 처리율 (%) 유입수 (mg/l) 응집후 (mg/l) 처리수 (mg/l) 처리율 (%) ph - - - 10.0 6.3 6.7 - BOD5 166.1 5.0 96.9 422.6 148.0 41.3 90.2
CODCr 5120 480 90.6 3040 691 475 84.3 CODMn - - - 356 280 52 85.3 SS (4784) 12.0-69.5 (7605) 55.0 17.5 74.8 T-N 54.9 7.9 85.6 35.5 5.1 4.7 86.7 TKN 21.0 6.4 69.5 - - - - NO3-0.37 - - - - - T-P 34.609 0.076 99.7 17.2 0.024 0.010 99.9 주 : ( ) 는포기조의 MLSS 농도임. 4.2 슬러지감량을위한응집실험분석 본사업장은활성슬러지공정의포기조미생물에영향을미치지않는오염물부하로조정하기위하여화학약품을투입하는화학적처리과정을적용하고있다. 화학약품으로는응집제및 ph 조정제로사용되는 PAC 와화학적슬러지의부상을촉진하기위한응집제 ( 상품명 : Yang-Floc) 를사용하고있다. 화학약품투입순서는 PAC 를먼저투입하고, 이어서난류상태의관유입부에응집제 ( 일명부상제 ) 를투입하고있었다. 가압부상식을사용하는부상공정은미세한기포와함께응집제가완전혼합하여회색의화학적슬러지를상승시키고있었으며, 슬러지의수거가매우용이한상태로응결상태가양호하였다. 일반적으로응집은알칼리상태에서반응이활발한것으로알려져있는사실에근거할때, 본사업장의응집순서는이에상반되는과정으로설계되어있었고, 운전되고있었다. 잘못된응집제의투여순서에따라불필요한응집제의투여량이증가할것으로사료되어이에대한검토를위해응집실험분석을하였다. 이는현재의화학적슬러지가전체의대부분을차지함으로슬러지처리비의증가를야기시키는점을고려할때불필요한응집제의투여량을줄임으로써화학적슬러지의발생량도줄일수있는효과가있을것으로판단되었다. < 표 2> 와 < 표 3> 에서알수있듯이응집으로인하여 BOD 는유입수의약 64% 가제거되고, SS 는약 20% 가제거되고있었다. 응집후포기조로유입되는오염물의 BOD 는약 129-140 mg/l 에이르고있었다. 따라서현재의 2 종류응집제를사용한후상등액의수질을유지할수있도록응집제의량을도출하기위한응집실험을하였다. < 그림 1> 은부상제로사용되는
응집제를투여하여침전되는슬러지량과상등액의수질을분석하기위한 Jar Test 의모습을보여주고있다. 그림 1. Jar Tester 에서응집제투여량에따른의변화모습 응집효과를 비교 분석하기 위하여 2 단계의 응집실험을 수행하였다. 1 단계에서는기존의응집순서를적용하는응집실험으로응집순서는 PAC 를 투여한후응집제를사용하였다. PAC 와응집제의투여량은현장에서사용하는 량을기준으로여러가지투여량을적용하였다. 2 단계에서는응집제를투여한 후 PAC 를투여하여나타나는상등액의수질특성과슬러지량을측정하는 실험을수행하였다. 1 단계에서수행한 PAC 와응집제를투여한후의슬러지량과상등액의 수질분석결과를 < 표 4> 에나타내었다. < 표 4> 는응집실험을위하여 Jar Tester 를사용할때 500ml 비이커를 사용하였기때문에편의상 500ml 시료에대한 PAC 량과응집제량으로나타낸 결과이다. 초기에투입한 PAC 량은투입후시료의 ph 가 6.5 정도를보이도록 조정하였다. 이는현재의처리장조건과동일한상태가되도록하기위함이었다. PAC 의투여량에따라형성되는플록의량이달랐고, 침전된슬러지량도큰 차이를보였다. 상등액의농도역시 PAC 투여량에따라차이를보였다. PAC 투여량이 0.5ml/500ml 시료일때 BOD 5 의농도는 200mg/L 이하의값을 나타내었다.
표 4. 응집제투여후과상등액의수질비교 (1 단계실험 ) PAC 투여량 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 75 100 155 180 210 ph 6.6 6.6 6.5 6.5 6.5 BOD5 280 240 188.5 208 232 상등액 CODCr 5840 5520 5480 5860 5290 (mg/l) CODMn 268 182 184 150 190 T-N 14.6 13.8 13.4 12.8 15.1 T-P 0.038 0.030 0.034 0.036 0.030 응집제투여량 1 2 3 4 5 45 70 100 120 150 전체 120 170 230 300 360 ph 6.8 6.8 6.5 6.7 6.7 BOD5 172.8 165.4 150.2 136.4 142.8 상등액 CODCr 620 586 630 520 596 (mg/l) CODMn 132 186 148 160 126 T-N 6.0 5.4 5.8 5.2 5.4 T-P 0.032 0.028 0.032 0.030 0.026 계속해서부상제로사용되는응집제를투여량을변화시켜응집반응시켰다. 응집제투여량을 1ml/500ml 시료에서 5ml/500ml 까지조정하였다. 역시응집투여량에따라큰차이를보였다. 상등액의 BOD 5 농도는모두 200mg/L 이하를보였다. 그러나 PAC 를투여하였을때상당량의부하량이저감되었고, 응집제를투여한이후에는부하량의저감량이상대적으로적었다. 따라서현장에서의 PAC 와부상제의투입순서는 ph 조정과함께화학적슬러지의부상을목적으로배열된것으로사료된다. 현장에서운전되는응집순서에의해발생된슬러지의총량은 500ml 시료에대해서 120ml 부터
360ml 의슬러지가발생하고있다. 이는시료의약 50% 이상이슬러지로전환되고있는셈이다. 2 단계에서는 1 단계의응집순서를변경하여최적의상등액수질을보이는응집조건을도출하는단계이다. 2 단계에서수행한응집제투여후결과를 < 표 5> 에나타내었고, 이어서 PAC 투여한후의결과를 < 표 6> 에나타내었다. 표 5 응집제투여후과상등액의수질비교 (2 단계실험 ) 응집제투여량 1 2 3 4 5 15 8 10 10 10 BOD5 350.0 421.8 259.7 377.5 384.6 CODCr 2505 2764 2721 2635 2419 CODMn 188 188 186 184 186 상등액 T-N 28.8 24.7 25.8 16.4 17.7 T-P 15.3 13.6 13.3 10.5 16.1 SS 414.3 335.6 275.0 257.5 304.4 표 6 PAC 투여후과상등액의수질비교 (2 단계실험 ) PAC 투여량 (ml/300ml 상등액 ) 0.6 0.7 0.6 0.5 0.5 (ml/300ml 상등액 ) 50 55 135 190 50 ph 6.6 6.5 6.6 6.5 6.5 BOD5 349.3 271.8 158.1 102.7 238.6 CODCr 2116.8 1641.6 1036.8 691.2 1814.4 상등액 CODMn 186 186 184 180 186 T-N 32.5 25.8 17.0 14.6 31.0 T-P 4.9 2.8 0.6 0.1 3.4 SS 1302.9 910.0 477.8 90.9 896.0 2 단계에서응집제를투여한후의수질은유입수의 ph 가알칼리성이기때문에 응집제를투여한이후에도 ph 는크게변화하지않았다. 응집제를투여후 상등액의수질이저감되는효과를보였다. 그러나대부분의부하량은 PAC 를 투여후나타났다. PAC 를투여후 ph 는 6.5 정도로조정되었으며, 수질농도는
후속공정에영향을주지않는농도로저감되었다. PAC 가 0.6ml 투여되었을때 BOD 5 농도는 158mg/L 를보였다. 응집반응으로인하여질소의상당부분이제거되어활성슬러지공정에서필요한질소공급량을보충하여야하는문제를야기시키고있다. 발생되는슬러지량은응집제를투여할경우보다 PAC 를투여하였을때가더많은슬러지를생성하였다. 1 단계와 2 단계의응집반응실험결과를비교한것을 < 표 7> 에수록하였다. 각단계별로투여하는응집제의량과발생하는슬러지량을유입수 1L 를처리할경우의숫자로나타내었다. < 표 7> 에서보여주듯이현행의응집순서에의한방법은슬러지량이많이생성되는것으로나타났다. 이에비하여응집제를먼저투여하고, 후에 PAC 를투여하는 2 단계방법은훨씬적은슬러지량을생성하였다. 활성슬러지공정의포기조에부하량을저감시키면서미생물활성에영향을주지않는농도를유지할때의최적응집량을결정하는것이다. 따라서 BOD 5 농도가 158mg/L 를유지하는현행조건을만족시키는조건은응집제의투여량을 6ml/1L 시료로선투입하고, 이어서 PAC 를 1.98ml/1L 시료로투여하는것이다. 이때발생하는슬러지량은 1L 유입수에대하여 465ml 이다. 이는기존의운전방식에서발생하는 510ml 의슬러지량보다적은량이다. 표 7 유입수 1L 에대한응집제와 PAC 투여후 비교 (1,2 단계 ) 응집제투여량 (ml) 2 4 6 8 10 PAC 투여량 (ml) 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1 단계응집제 90 140 200 240 300 PAC 150 200 310 360 420 (ml) 총량 240 340 510 600 720 2 단계 응집제투여량 (ml) 2 4 6 8 10 PAC 투여량 (ml) 1.98 2.31 1.98 1.65 1.65 BOD5 349.5 271.8 158.1 102.7 238.6 상등액 (mg/l) CODMn 186 186 184 180 186 CODCr 2116 1641 1036 691 1814 응집제 30 16 20 20 20 PAC 165 181 445 627 165 (ml) 총량 195 197 465 647 185
< 그림 2> 은응집제를사용할때의 Jar Test 후침전된슬러지모습이며, < 그림 3> 은 PAC 를사용한후침전상태의슬러지모습이다. < 그림 4> 는현재사업장에서 PAC 를선투입하고, 응집제를후투입하는반응조의모습을보여주고있다. 그림 2. 응집제투여후 (2 단계실험 ) 그림 3. PAC 투여후 (2 단계실험 ) 그림 4. 응집제와 PAC 투여반응조현장 5. 기술지원성과및기대효과 1 일 30 톤의폐수를처리하는소규모사업장에서기준이하의수질을유지하기위한관리자의경험은매우중요한사항이다. 본사업장은처리장전담관리인이오랫동안축적한경험을바탕으로미생물의관리가잘되고있는사업장으로방류되는처리수가일정수준이하로유지되고있었다. 따라서방문초기에검토하였던방류수의수질향상을위한시도보다는실제사업장에서시급히요망되고장기적으로경비를저감시킬수있는애로사항을협의하게되었다. 이는하루에 13 톤이나발생되는슬러지의량을줄이는일이었다. 기술지원팀이현장을 5 차례방문하여슬러지의발생원을조사하였고, 슬러지의주발생원이응집제의과다사용임을발견하였다. 또한 2 종류의응집제투여순서가잘못되었음을발견하고이에대한응집실험과공정별유입수및처리수를분석하였다. 이에실험결과를바탕으로응집을위한약품은응집제를선투여하고, PAC 를후투여하는것이가장슬러지량을줄일수있고, 활성슬러지공정의부하량을줄일수있는방법임을제시하게되었다. 이같은기술지원성과는사업장에서추후응집조의개선공사를하기위한예산이조달될때적용되어야할것이다. 현재구조물의배치와설비상태로볼때, 부상장치부근에있는응집제탱크와응집조입구에설치된 PAC 저장탱크를서로바꾸어설치하여야할것이다. 또한현재사용중인응집제는부상을촉진시키기위한약품으로응집조선단에투여할경우응집반응에큰역할을기여하기는어렵다고판단된다. 따라서 PAC 와응집제를동시에투여하는방안도검토되어야할것으로본다.
이같은시설변경을할경우 1 일 1.35 톤의슬러지량을감소시킬수있다. 이는 현재의발생량을 10% 줄이게되며, 월 10 만원의처리비절감효과를가져올수 있다.